CN103269129B - 一种电能监测数据的优化装置及其优化方法 - Google Patents

一种电能监测数据的优化装置及其优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种电能监测数据的优化装置及其优化方法涉及一种优化电能监测数据的装置，对非线性负荷用户线路的电能质量实时监测，并实时显示、分析和数据优化，从而有效节约了数据存储空间，提高了传输效率。包括电压/电流互感器、采集分析模块、数据处理优化模块、内存数据库、中央处理器、显示模块和报警模块，通过电压/电流互感器采集电网的基本信号；通过安装在采集分析模块中的模数转换器转化成数字信号，计算出各项电能质量指标数据；数据处理优化模块接收各项电能质量指标数据，压缩优化各项电能质量指标数据后储存在内存数据库中；通过显示模块显示监测的电能质量指标数据；通过报警装置指示报警。

Description

一种电能监测数据的优化装置及其优化方法
技术领域
本发明一种电能监测数据的优化装置及其优化方法涉及一种优化电能监测数据的装置，对非线性负荷用户线路的电能质量实时监测，并实时显示、分析和数据优化，从而有效节约了数据存储空间，提高了传输效率。
背景技术
电能涉及发、供、用各方面的权益，优质的电能对保证电网和广大用户电气设备的安全经济运行，保障国民经济各行各业的正常生产和产品质量以及提高人民生活质量都具有重要意义。
随着国民经济的不断发展，电能受到越来越多的重视，同时也对其在线监测、管理提出了更高的要求。监测的新技术和新方法不断投入使用。部分大、中型非线性负荷用户线路开始采用在线式电能质量监测技术，实行全天候实时监测；并通过复杂的傅立叶变换、瞬时无功功率理论，谐波子组算法等理论计算，实时计算出电网的各项电能质量指标数据，实现实时监测，但电能质量数据量庞大，监测设备每个周波的采样频率大于512次，每天的数据量就高达17M，常规设备需要保存6个月以上的数据，则至少需要1.26G的flash，因而对硬件要求非常高，代价很大。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种电能监测数据的优化装置及其优化方法，装置采用模块化设计，最大程度简化模块之间的耦合度，以实现对非线性负荷用户线路的电能质量实时监测，并实时显示、分析和数据优化，从而有效节约了数据存储空间，提高了传输效率。
一种电能监测数据的优化装置及其优化方法是采取以下技术方案实现的：
一种电能监测数据的优化装置包括电压/电流互感器、采集分析模块、数据处理优化模块、内存数据库、中央处理器、显示模块和报警模块，该装置通过电压/电流互感器与电网连接，采集电网的基本信号；所述基本信号包括A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流和C相电流；采集分析模块的输入端与电压/电流互感器的输出端相连，数据处理优化模块的输入端与采集分析模块的输出端相连，内存数据库分别与数据处理优化模块的输出端以及中央处理器相连，中央处理器的输出端与显示模块以及报警模块相连。
采集分析模块从电压互感器将A相电压、B相电压、C相电压输入端的大电压信号按比例转换小电压信号，电流互感器将A相电流、B相电流和C相电流的大电流信号按比例转成小电流信号，再通过一个高精度的采样电阻转成电压信号；通过安装在采集分析模块中的模数转换器转化成数字信号，计算出各项电能质量指标数据；所述的各项电能质量指标数据包括频率、有功功率、无功功率、功率因数、电压和电流以及各自的相位角、2-50次谐波以及间谐波的电压含有率和电流、总畸变率、短时闪变和长时闪变以及不平衡度，并进一步计算出电压骤升、骤降、中断事件和波形等。
所述采样电阻型号为AR03TTBY1001N,温度系数5PPM，电阻精度为0.01%，即万分之一精度。
数据处理优化模块从采集分析模块接收各项电能质量指标数据，并通过压缩、优化各项电能质量指标数据；压缩各项电能质量指标数据的算法为：压缩应用基本值×指标值÷系数。
其中，压缩应用基本值根据电压等级而定，如电压等级为35kV，则基本值为35000；系数与指标值的关系为最大值/系数 ≥，如取值10000，32768/10000=3.2768≥；指标值根据实际值的大小确定，其取值范围为-32768～+32767。例如：需要存储的值为171.5，在计算机中需要占用8个字节的空间。而通过该算法可表示为，指标值：49，系数：10000，基本值：35000；49×35000/10000＝171.5。
在发生故障录波的情况下，每个波形需要存储512个点，共A、B、C三相，前后八个波形，如果不采用压缩算法，实际存储占用的空间为：每个数据用8个字节的浮点数表示，则存储空间为：512×3×8×8＝98304字节；而采用压缩算法，则实际需要的存储空间为：512×3×8×2＋2＋4＝24582字节，实际节约73722个字节，节约百分比为：（ 98304—24582）／98304×100%＝74.99%。
将数据处理优化模块输出的各项电能质量指标数据储存在内存数据库中。
显示模块通过总线与中央处理器连接，接收并显示监测的电能质量指标数据的矢量图、波形、棒图、曲线；报警装置通过总线与中央处理器连接，接收报警指示信号，指示报警。
所述中央处理器采用TMS320F2812PGFA处理器，中央处理器将从内存数据库读取的各项电能质量指标数据与设定的阈值进行比较判断，将电能质量指标数据的矢量图、波形、棒图和曲线传输到显示模块进行显示，将报警信息传输到报警模块。
所述总线采用485总线。
所述的报警信息的发送，是在中央处理器内，与预先设定在中央处理器内的阈值比较，判断电能质量是否超标，如果电能质量超标，则将报警信息传输到报警模块，由报警模块进行报警。
一种采用电能监测数据的优化装置的数据优化方法，包括如下步骤：
1）与电网连接的电压/电流互感器采集电网的基本信号，并将所述基本信号传送给采集分析模块；所述基本信号包括A相电压，B相电压，C相电压，A相电流，B相电流和C相电流；
2）采集分析模块将步骤（1）中采集到的基本信号进行计算，并将计算结果转发给数据处理优化模块；
3）数据处理优化模块进行进一步压缩和优化电能质量数据，并将优化过的数据存储在内存数据库中；
4）中央处理器实时读取内存数据库中的电能质量数据
4-1）将采集的电压和电流的信号数据经过信号处理之后通过显示器以矢量图、波形和曲线的形式在显示出来，显示模块根据中央处理器传输过来的信息，实时更新显示这些数据；
 4-2）与预先设定在中央处理器内的阈值比较，判断电能质量是否超标，待将其判断结果数据存储后，如果电能质量超标，则将报警信息传输到报警模块，由报警模块进行报警。
    本发明具有以下功能特点和优势：
1、架构设计独特：
本发明采用模块化设计，最大程度简化模块之间的耦合度，维护和升级方便；适应用户对系统的安全性需求；更新速度快和响应及时；开放性和可扩充性强。
2、数据处理功能强大：
本发明根据实测电网数据，然后进行大量地复杂运算，计算出与电能质量相关的数据，内部模块之间的通讯采用485总线并应用基本值×指标值÷系数的算法，从而有效节约了数据存储空间，提高了传输效率。
3、电能质量数据来源可靠：
本发明通过实测电网，并根据实际电网的配置情况，选择相应的算法。通过行之有效的测量手段和算法，不仅得到了实际的原始数据，也填补了具体电能质量信息空白，为电力运营监管部门积累了宝贵的一手资料，真实全面的实测数据为电能质量的综合治理和节能减排打下了很好的基础。
4、显示功能强大：
本发明可通过人机界面，直观显示矢量图、波形、棒图、表格等信息。
5、报警处理及时：
本发明可通过窗口直观显示报警信息。
6、监测信息的集成度高：
本发明以实测数据为准绳，将关联数据有机组合，构成复合信息；将常规的实时数据如电压、电流、谐波、不平衡度、闪变以及工程信息结合起来，构成监控数据平台；与上层接口可靠通信，及时刷新。
附图说明
    以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明一种采用电能监测数据的优化装置的数据优化方法的流程示意图。
具体实施方式
参照附图1，一种电能监测数据的优化装置包括电压/电流互感器、采集分析模块、数据处理优化模块、内存数据库、中央处理器、显示模块和报警模块，该装置通过电压/电流互感器与电网连接，采集电网的基本信号；所述基本信号包括A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流和C相电流；采集分析模块的输入端与电压/电流互感器的输出端相连，数据处理优化模块的输入端与采集分析模块的输出端相连，内存数据库分别与数据处理优化模块的输出端以及中央处理器相连，中央处理器的输出端与显示模块以及报警模块相连。
采集分析模块从电压互感器将A相电压、B相电压、C相电压输入端的大电压信号按比例转换小电压信号，电流互感器将A相电流、B相电流和C相电流的大电流信号按比例转成小电流信号，再通过一个高精度的采样电阻转成电压信号；通过安装在采集分析模块中的模数转换器转化成数字信号，计算出各项电能质量指标数据；所述的各项电能质量指标数据包括频率、有功功率、无功功率、功率因数、电压和电流以及各自的相位角、2-50次谐波以及间谐波的电压含有率和电流、总畸变率、短时闪变和长时闪变以及不平衡度，并进一步计算出电压骤升、骤降、中断事件和波形等。
所述采样电阻型号为AR03TTBY1001N,温度系数5PPM，电阻精度为0.01%，即万分之一精度。
数据处理优化模块从采集分析模块接收各项电能质量指标数据，并通过压缩、优化各项电能质量指标数据；压缩各项电能质量指标数据的算法为：压缩应用基本值×指标值÷系数。
其中，压缩应用基本值根据电压等级而定，如电压等级为35kV，则基本值为35000；系数与指标值的关系为最大值/系数 ≥，如取值10000，32768/10000=3.2768≥；指标值根据实际值的大小确定，其取值范围为-32768～+32767。例如：需要存储的值为171.5，在计算机中需要占用8个字节的空间。而通过该算法可表示为，指标值：49，系数：10000，基本值：35000；49×35000/10000＝171.5。
在发生故障录波的情况下，每个波形需要存储512个点，共A、B、C三相，前后八个波形，如果不采用压缩算法，实际存储占用的空间为：每个数据用8个字节的浮点数表示，则存储空间为：512×3×8×8＝98304字节；而采用压缩算法，则实际需要的存储空间为：512×3×8×2＋2＋4＝24582字节，实际节约73722个字节，节约百分比为：（ 98304—24582）／98304×100%＝74.99%。
将数据处理优化模块输出的各项电能质量指标数据储存在内存数据库中。
显示模块通过总线与中央处理器连接，接收并显示监测的电能质量指标数据的矢量图、波形、棒图、曲线；报警装置通过总线与中央处理器连接，接收报警指示信号，指示报警。
所述中央处理器采用TMS320F2812PGFA处理器，中央处理器将从内存数据库读取的各项电能质量指标数据与设定的阈值进行比较判断，将电能质量指标数据的矢量图、波形、棒图和曲线传输到显示模块进行显示，将报警信息传输到报警模块。
所述总线采用485总线。
所述的报警信息的发送，是在中央处理器内，与预先设定在中央处理器内的阈值比较，判断电能质量是否超标，如果电能质量超标，则将报警信息传输到报警模块，由报警模块进行报警。
一种采用电能监测数据的优化装置的数据优化方法，包括如下步骤：
1）与电网连接的电压/电流互感器采集电网的基本信号，并将所述基本信号传送给采集分析模块；所述基本信号包括A相电压，B相电压，C相电压，A相电流，B相电流和C相电流；
2）采集分析模块将步骤（1）中采集到的基本信号进行计算，并将计算结果转发给数据处理优化模块；
3）数据处理优化模块进行进一步压缩和优化电能质量数据，并将优化过的数据存储在内存数据库中；
4）中央处理器实时读取内存数据库中的电能质量数据
4-1）将采集的电压和电流的信号数据经过信号处理之后通过显示器以矢量图、波形和曲线的形式在显示出来，显示模块根据中央处理器传输过来的信息，实时更新显示这些数据；
 4-2）与预先设定在中央处理器内的阈值比较，判断电能质量是否超标，待将其判断结果数据存储后，如果电能质量超标，则将报警信息传输到报警模块，由报警模块进行报警。

Claims (7)

1.一种电能监测数据的优化装置，其特征在于：包括电压/电流互感器、采集分析模块、数据处理优化模块、内存数据库、中央处理器、显示模块和报警模块，该装置通过电压/电流互感器与电网连接，采集电网的基本信号；所述基本信号包括A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流和C相电流；采集分析模块的输入端与电压/电流互感器的输出端相连，数据处理优化模块的输入端与采集分析模块的输出端相连，内存数据库分别与数据处理优化模块的输出端以及中央处理器相连，中央处理器的输出端与显示模块以及报警模块相连；
采集分析模块从电压互感器将A相电压、B相电压、C相电压输入端的大电压信号按比例转换小电压信号，电流互感器将A相电流、B相电流和C相电流的大电流信号按比例转成小电流信号，再通过采样电阻转成电压信号；通过安装在采集分析模块中的模数转换器转化成数字信号，计算出各项电能质量指标数据；
数据处理优化模块从采集分析模块接收各项电能质量指标数据，并通过压缩、优化各项电能质量指标数据；
数据处理优化模块输出的各项电能质量指标数据储存在内存数据库中；
显示模块通过总线与中央处理器连接，接收并显示监测的电能质量指标数据的矢量图、波形、棒图、曲线；报警装置通过总线与中央处理器连接，接收报警指示信号，指示报警；
所述中央处理器将从内存数据库读取的各项电能质量指标数据与设定的阈值进行比较判断，将电能质量指标数据的矢量图、波形、棒图和曲线传输到显示模块进行显示，将报警信息传输到报警模块；
压缩各项电能质量指标数据的算法为压缩应用基本值×指标值÷系数；其中，压缩应用基本值根据电压等级而定；系数与指标值的关系为指标值的最大值/系数 ≥                                                ；指标值根据实际值的大小确定，其取值范围为-32768～+32767。
2.根据权利要求1所述的一种电能监测数据的优化装置，其特征在于：所述的各项电能质量指标数据包括频率、有功功率、无功功率、功率因数、电压和电流以及各自的相位角、2-50次谐波以及间谐波的电压含有率和电流、总畸变率、短时闪变和长时闪变以及不平衡度、电压骤升、骤降、中断事件和波形。
3.根据权利要求1所述的一种电能监测数据的优化装置，其特征在于：所述采样电阻型号为AR03TTBY1001N,温度系数5PPM，电阻精度为0.01%。
4.根据权利要求1所述的一种电能监测数据的优化装置，其特征在于：所述总线采用485总线。
5.根据权利要求1所述的一种电能监测数据的优化装置，其特征在于：所述中央处理器采用TMS320F2812PGFA处理器。
6.根据权利要求1所述的一种电能监测数据的优化装置，其特征在于：所述的报警信息是在中央处理器内，与预先设定在中央处理器内的阈值比较，判断电能质量是否超标，如果电能质量超标，则将报警信息传输到报警模块，由报警模块进行报警。
7. 一种如权利要求1所述的一种采用电能监测数据的优化装置的数据优化方法，包括如下步骤：
1）与电网连接的电压/电流互感器采集电网的基本信号，并将所述基本信号传送给采集分析模块；所述基本信号包括A相电压，B相电压，C相电压，A相电流，B相电流和C相电流；
2）采集分析模块将步骤1）中采集到的基本信号进行计算，并将计算结果转发给数据处理优化模块；
3）数据处理优化模块进行进一步压缩和优化电能质量数据，并将优化过的数据存储在内存数据库中；
4）中央处理器实时读取内存数据库中的电能质量数据；
4-1）将采集的电压和电流的信号数据经过信号处理之后通过显示器以矢量图、波形和曲线的形式显示出来，显示模块根据中央处理器传输过来的信息，实时更新显示这些数据；
 4-2）与预先设定在中央处理器内的阈值比较，判断电能质量是否超标，待将其判断结果数据存储后，如果电能质量超标，则将报警信息传输到报警模块，由报警模块进行报警。
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